换流站一次设备状态检测及故障诊断中红外技术的应用分析

肖黄能

摘要：随着特高压直流输电快速发展，特高压换流站逐年递增，直流一次设备也大幅度增加，提高预试定修和运行状态检测的效率和故障诊断的质量，是设备的安全稳定运行的保障。而红外技术是目前应用广泛，且可靠有效的设备检测技术，本文就电力设备状态检测及故障诊断中红外技术检测的故障类型进行阐述，并探究该技术针对特高压换流站一次设备的具体应用，希望能为换流站设备运维提供参考。

关键词：换流站设备;状态检修;故障诊断;红外技术

由于特高压直流换流站电压等级高，电输电容量大，工程技术先进，很多设备都是进口设备，比较金贵，确保其安全稳定运行特别重要。特高压电气设备在运行过程中，都是长期处于大电流、高电压的状态下，同时也还承受风吹日晒、潮湿、高温的恶劣环境条件的影响，很容易发生设备老化劣化等缺陷。而目前红外技术是在电网应用比较广泛，而且能够方便及时掌握设备状态，全面分析设备数据，能够有效发现电力设备潜伏性故障，有效检测设备运行状态，是一种能够确保特高压直流工程长期安全稳定运行的技术。

一、红外检测诊断技术的特点

红外检测设备依靠红外仪器，在非接触状态下，对被试设备的状态和各项数据进行测量和采集，不会对设备带来不良的影响，诊断过程比较简单迅捷。在进行诊断的时候可以通过设备故障引起的异常红外敷设以及异常的温度场来确定，在不改变运行状态的情况下，监测设备的运行情况和状态信息，使设备的操作更加的安全。

红外技术的使用范围比较广，效益也比較高，能够对高压电气设备的故障进行检测，并且能够实现快速成像，状态显示的效率高，具有灵敏性，同时检测的准确性比较高。同时，红外技术能够与计算机分析结合，实现智能化特点，通过红外成像诊断设备以及微机图像分析系统、处理软件等能够对设备的状态进行检测，并且进行处理，还能够根据设备红外图像的参数进行分析，对设备故障属性、故障部位进行明确，判断故障的程度。

二、电力设备热故障分类

（一）外部热故障

电力设备的外部热故障，实际上就是设备暴露在外部环境中的部件，出现了发热的问题，其检测的难度较小，即工作人员可以利用红外技术对电力设备的表面热故障进行检测，并以此来确定设备出现故障的位置。其中，电力设备中外部部件发生热故障的因素，是因为设备故障的电阻出现了异常问题，而电阻加大必然会出现发热的现象。对于设备中电阻加大的因素来说，主要体现在以下几方面：第一，安装电力设备或者在生产加工的过程中，其中的部件不符合相关的要求与规范;第二，电力设备中的零件存在老化问题，或者出现了松动的现象;第三，由于电力设备一直处于外部环境中，就会受到很多外界因素的影响，或者接触面出现氧化、不平整等现象。对此，工作人员就可以使用红外技术对故障进行检测，确定其中存在的问题。

（二）内部热故障

对于运行中的特高压直流设备，其一直处于封闭状态，如果设备内部出现发热，红外仪器很难检测出，如果想获取相关信息，只能根据传热学理论，通过观测其表面热分布图来来分析判断内部故障，这就要求检测人员需要有较为丰富的经验。常见的内部热故障主要有以下几类，一是直流设备内部出现接触或连接不良导致接触电阻增大;二是设备内部结构不合理，引起局部过热;三是由于设备受潮，绝缘老化劣化严重等原因引起内部发热;四是备设计不合理，导致内部电压分布不均匀。

三、电力设备状态检修及故障诊断中红外技术检测的具体应用

（一）换流变套管故障的红外诊断

换流变套管故障是换流站设备中常见的问题之一，主要的表现包含很多方面，均可以使用红外技术进行状态检测以及故障诊断。例如：某±500kV换流站运维值班人员通过红外测温发现极Ⅱ Y/Y A相阀侧2.2套管温度横向对比其它套管高出10-15℃，人工红外测温检测该套管三分之一处温度最高达到50℃左右（其余套管温度为35℃左右）。工作人员使用红外技术对故障进行检测，可以确定热故障的位置，然后结合实际情况，确定进一步故障处置方案。

对套管绝缘故障的处理。对于运行10年以上的换流站一次设备，其绝缘介质会产生受潮、老化等现象，介质发生故障问题的几率增加，而在发生故障时由于其会出现发热的特征，所以可以使用红外技术进行故障检测，确定其故障的主要位置，助工作人员制定处理方案。

对套管内部放电故障的诊断。在高压套管设备的运行中，如果出现内部放电的故障现象，其主要原因为：其一在真空处理电容式套管芯子时，会有残存的气泡对介质产生不良的影响，进而出现局部放电的问题;其二在制造设备的过程中，电容屏的很多参数不符合相关规定，通常会出现局部放电的问题。在放电以后，套管的温度就会升高，所以可以使用红外技术进行故障诊断，制定具有针对性的解决方案。

（二）高压断路器故障的热像特点以及诊断

内部受潮、静触头接触不良等，均属于高压断路器内部故障的表现。其中，当设备发生受潮问题以后，其主要的故障特征即为整体发热，如果断路器耦相之间出现30℃的温度差，基本上可以断定发生了内部故障，此时可以使用红外技术进行全面的检测，确定具体的故障问题。红外技术在高压断路器外部故障中的应用。当外部的出线头、触头座等出现接触不良的问题时，就会以接线线头为中心形成热图像，同时其之间的关系具有相对性。为了能够更加清晰的确定问题原因、解决方案等，就应该使用红外技术对断路器进行检测，从而掌握更加精准的故障参数。

（三）直流穿墙套管故障的红外诊断

穿墙套管发热故障集中在载流结构上，主要原因是有以下两种：一是表带触指连接处上下面受力不均导致接触电阻增大;二是载流导体与表带触指安装不当、触指连接导体摩擦产生粉末也会造成接触电阻增大，运行中发生过热。以云南某换流站400kV直流穿墙套管为例，运行过程中，巡视人员利用红外测温发现套管户外侧端部异常发热达91℃，多次停电处理引线接头效果不明显，停电打开套管端部盖板，发现套管端部载流表带触指烧蚀严重，铜导管表面有明显过热痕迹，最后经过全面诊断分析正是以上两种原因引起该故障。所以在日常巡视时要加强对穿墙套管的红外检测，而在停电预试是要测试穿墙套管回路电阻。

（四）高压隔离开关故障的红外诊断

高压隔离开关故障时，红外热像图特征如下。首先，当引线连接不良时，以故障部位为中心的高温区为特征，当旋转球头存在滑动接触不良问题时，热图像特征为以旋转球头为中心的过热热图像。在判断诊断结果时，结合热图像中的最高温度点，可以确定故障点的位置。隔离开关闭合不好时，存在结构缺陷。在热图像中，刀口接触压力指是中心。

四、结论

综上所述，特高压直流设备状态检测及故障诊断工作中，红外技术有应用效果，工作人员若能实际需求，确定红外技术的应用方式，就能够在很大程度上提高换流变套管、直流穿墙套管、高压断路器等一次设备检测与故障诊断的工作效率，为工作人员提供了诸多的便利，并最大程度降低了停电检修等工作对供电质量的影响，满足更多电力用户的需求，提高电网运行的安全性与可靠性。

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